基于垂直腔面发射激光器的宽带混沌保密通信研究

发布时间：2017-10-17 04:32

  本文关键词：基于垂直腔面发射激光器的宽带混沌保密通信研究

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【摘要】：随着科技发展的日新月异,社会信息化程度的不断提高,人们对于信息的容量、通信速率以及安全性的要求越来越高,从而促使具备高速率、大容量与高保密性的新型保密通信系统极具应用前景。混沌信号具有不可预测性、高度复杂性、易实现等特点使其用作混沌载波形成的混沌通信具有保密性,尤其基于半导体激光器(SLs)的混沌保密通信可实现信息的高速保密传输且与光纤通信系统有良好的兼容性而成为该领域的研究热点。但光反馈等延时机制的引入使得系统的混沌输出常常存在明显的延时特征,窃密者可利用该延时特性对混沌系统进行重构从而威胁混沌保密通信的安全性；另外,由于半导体激光器的驰豫振荡频率对混沌带宽具有决定性作用,光混沌的有效带宽通常被限制在几千兆,从而限制通信中信息的传输速率。因此,寻求一种宽带宽、弱延时特征的混沌信号来实现高速率高保密性能的混沌通信具有重要意义。相比传统的边发射半导体激光器(EELs),垂直腔面发射激光器(VCSELs)独具优势,如单纵模运行、低阈值电流、窄线宽的圆形光输出、易于集成形成二维阵列等。特别地,VCSELs的有源区或腔中存在微弱的各向异性使其输出通常包含两个正交偏振分量(即x偏振分量和y偏振分量),他们可以提供更多的扰动源以及一些新型的偏振分解扰动模式,例如,偏振保持光反馈,偏振旋转光反馈,可变偏振光反馈和相应的光注入等。因此,本文主要研究了VCSELs光混沌的延时特征抑制和带宽增强及其在混沌保密通信中的应用。本文简要介绍了混沌基本理论和基于VCSELs光混沌的产生,重点研究了基于双路耦合的VCSELs (DPMC-VCSELs)系统所产生的延时特征被抑制且带宽增强的偏振分解混沌,并与单路耦合VCSELs (SPMC-VCSELs)系统作对比。采用自相关函数(SF)和排列熵(PE)来识别混沌信号中的延时特征(TDS),分析研究了耦合延迟时间对TDS抑制的影响。结果表明当两路光耦合的延迟时间差为DPMC-VCSELs的弛豫振荡周期一半,TDS可以得到很好的抑制,且DPMC-VCSELs系统对耦合强度有很好的鲁棒性。在最优耦合延迟时间下,研究了频率失谐和耦合强度对TDS和混沌带宽的影响,结合TDS和带宽演化map图,确定了获取TDS被抑制且带宽增强的偏振分解混沌的优化参数范围。同时基于两相同1550nm VCSELs之间的偏振分解混沌同步,也提出了另一新型长距离双向双信道混沌保密通信系统。在该系统中,驱动VCSEL (D-VCSEL)在双外腔反馈(DECFs)下产生的弱TDS混沌信号,以可变偏振光注入(VPOI)同时注入到两相同的VCSELs实现同步并增大其输出的混沌信号带宽。讨论了带宽增强的混沌载波之间的偏振分解混沌同步性能以及该同步性能对内部参数失配的影响。最后,在高质量的混沌同步下,采用偏分多路复用(PDM)技术和混沌掩盖(CM)技术,模拟了四个10 Gb/s信息加载在混沌载波中的传输过程,分析了不同光纤信道该系统的通信性能。结果表明四个10 Gb/s信息在SMF信道传输15 km后或者通过140-km DSF信道可获得有效解调。
【关键词】：垂直腔面发射激光器 延时特征 偏振分解混沌同步 混沌通信 偏分多路复用
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O415.5;TN918
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 混沌11-12
• 1.2.1 混沌的定义11
• 1.2.2 通向混沌的道路11-12
• 1.3 基于VCSELs的混沌产生12-16
• 1.3.1 VCSELs的结构及性能12-13
• 1.3.2 VCSELs的基本理论模型13-16
• 1.4 VCSELs的偏振分解混沌同步16-18
• 1.5 本论文的研究内容与意义18-20
• 第2章 VCSELs偏振分解混沌的延时特征抑制和带宽增强研究20-32
• 2.1 引言20-21
• 2.2 系统结构21-22
• 2.3 结果与讨论22-30
• 2.3.1 延时特征的识别23-24
• 2.3.2 延时特征抑制和带宽增强24-30
• 2.4 结论30
• 2.5 延时特征被抑制的宽带混沌研究进展30-32
• 第3章 基于可变光注入下1550nm VCSELs偏振分解混沌同步的双向双信道长距离混沌保密通信研究32-42
• 3.1 引言32-33
• 3.2 理论与模型33-36
• 3.3 结果与讨论36-41
• 3.3.1 混沌同步37-38
• 3.3.2 混沌信号的带宽增强38-39
• 3.3.3 信息的加密与解密39-41
• 3.4 结论41-42
• 第4章 结束语42-44
• 参考文献44-50
• 致谢50-52
• 攻读硕士期间发表的论文52

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王莉,陈弘达,潘钟,黄永箴,吴荣汉;垂直腔面发射激光器的研究进展及其应用[J];飞通光电子技术;2001年03期

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本文编号：1046846